2 Тепловой расчет двигателя

Цикловая подача топлива, [г/цикл]

(1)

где n и i – частота вращения коленчатого вала (мин^-1) и число цилиндров двигателя;

g_e – эффективный удельный расход топлива, г/(кВт*ч) [стр.293 /5/];

– коэффициент тактности двигателя(=0,5- четырехтактный двигатель);

N_e – эффективная мощность двигателя, кВт.

Плотность заряда на впуске, [кг/м³]

(2)

где Р_к – давление наддува, МПа;

R_в – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг*К), R_в=0,287 Дж/(кг*К) [стр.108 /1/];

Т_к – температура надувочного воздуха, [К].

(3)

где n_k – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре, n_k =1.4…1.8 с охлаждаемым корпусом, n_k =1.8…2 без охлаждаемого корпуса.

Принимаем n_k =1,80.

Необходимый объем воздуха, [л]

(4)

где L_Т=14,5 кг – количество воздуха необходимое для сгорания 1кг топлива;

 - коэффициент избытка воздуха.

Для дизелей с объемным смесеобразовании =1,35…2,0 (стр.31 /3/).

Ориентировочное значение диаметра цилиндра, [м]

(5)

где =0,8 – коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом[стр.84 /5/];

к=1,14 – коэффициент короткоходности.

Ориентировочное значение хода поршня, [м]

(6)

2.1 Процесс впуска

Определяем температуру в конце процесса впуска,[К]

(7)

где Т₀ – температура окружающей среды, [К];

Т –подогрев свежего заряда, [К] [стр.78 /5/];

_r –коэффициент остаточных газов, [стр.69 /1/];

Т_r –температура остаточных газов, [К];

Коэффициент остаточных газов (_r)

(8)

где Р_г=125 – давление в конце выхлопа [кПа];

Р_а=111 – давление в конце впуска [кПа];

ε = 17,5 – степень сжатия.

Принимаем:

Т₀=329,24 [стр.19 /3/];

Т =10-для двигателей с наддувом [стр.18 /3/];

Т_r =700…900 для дизелей [стр. 8 /4/], Т_r =800.

Определяем давление в конце впуска,[кПа]

Р_а =(0,85…0,9)· Р₀ (9)

где Р_к– давление наддува, [кПа];

Р_а =0,85·130 = 111

2.2 Процесс сжатия

Величину n₁определяем по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения коленвала ω, для дизеля

(10)

Определяем давление в конце сжатия, [кПа]

Р_с =Р_а·εⁿ¹ (11)

где n₁- средний показатель политропы сжатия.

Р_с =11·17,5^1,352=5296,02

Определяем температуру в конце сжатия, [К]

Т_с = Т_а · ε^n1-1 (12)

Т_с = 350,04·17,5^1,352-1 =958,66

2.3 Процесс сгорания

Определяем теоретически необходимое количество воздуха (в молях) на сгорание 1 кг топлива, [кмоль/кг]

(13)

где С- содержание углерода в топливе;

Н- содержание водорода в топливе;

О- содержание кислорода в топливе;

Принимаем состав топлива: С=0,87; Н=0,126; О=0,004; [стр.129 /1/].

Определяем действительное количество воздуха, [кмоль/кг]

L=·L₀ (14)

L=1,7·0,492=0,837

Определяем число молей продуктов сгорания 1 кг топлива при  >1

(15)

Определим химический коэффициент молярного изменения

(16)

Находим действительный коэффициент молярного изменения

(17)

Определяем теплоёмкость газов для чистого воздуха, [кДж/кмоль·град]

·С^с_=а+в·t_с (18)

t_с= T_с-273

где а=20,16; в=1,738·10^-3 – постоянные коэффициенты, [стр.10 /4/]

·С^с_=20,13+1,738·10^-3 ·958,66=21,83

Для продуктов сгорания при  >1

(19)

Теплоёмкость при постоянном давлении

·С^z_р =·С^z_ +·R (20)

где ·R =8,314- универсальная газовая постоянная, [стр.10 /4/]

·С^z_р =

·С^z_р =

Температура в конце сгорания Т_z определяется для дизеля из выражения

(21)

где - коэффициент использования тепла;

Q_H –низшая удельная теплота сгорания, [кДж/кг];

- степень повышения давления.

Для дизелей с полураздельными камерами сгорания величина  =1,6…2,2 [стр.10/4/],

принимаем  =1.7 с учетом несовершенства конструкции двигателя.

Для дизелей = 0,7…0,9[стр.10/4/],

принимаем =0,8 с учетом обогащения смеси ( =1,7) и несовершенством процесса смесеобразования;

Для дизельных топлив Q_H = 42500 [кДж/кг] [стр.10/4/].

Решая квадратное уравнение, определяем Т_z, [К]

Определяем давление в конце сгорания, [кПа]

(22)

2.4 Процесс расширения

Определяем степень предварительного расширения

(23)

Степень последующего расширения

(24)

Давление в конце расширения, [кПа]

(25)

где n₂ – показатель политропы расширения, который можно определить по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова для дизельного двигателя

(26)

Температура в конце расширения, [К]

(27)

2.5 Процесс выхлопа

Давление в конце выхлопа для двигателей без наддува, [кПа]

Р_r =к_r· Р₀ (29)

где к_r=(1.05…1,25) для дизельных двигателей, для двигателей с наддувом к_r=(0,75…0,98) [стр. 11 /4/]; к_r=0,96.

Р_r =0,96·130=125